(57)【要約】【課題】  有効屈折率分布の調節が容易なプラスチック光ファイバ、プラスチック光ファイバ用母材、及びその製造方法を提供する。【解決手段】  本発明は、プラスチック光ファイバ用母材であって、複数のホールを備えるベース部材と、ホールに挿入可能に形成され、基材を構成する物質の屈折率と異なる屈折率を有する物質からなる複数の屈折率調節用部材とを備え、ベース部材に形成された複数のホールの数、密度、配列形態、及び屈折率調節用部材それぞれの屈折率により光ファイバ用母材の屈折率分布を調節する。【選択図】  図２
2005157381.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチック光ファイバ用母材であって、 
複数のホールを備えるベース部材と、 
前記各ホールに挿入可能に形成され、前記ベース部材を構成する物質の屈折率と異なる屈折率を有する物質からなる、複数の屈折率調節用部材と、を備え、
前記ベース部材に形成された前記複数のホールの数、密度、配列形態、及び、前記各屈折率調節用部材の屈折率を変化させることにより光ファイバ用母材の屈折率分布を調節することを特徴とするプラスチック光ファイバ用母材。
【請求項２】
前記屈折率分布は、前記光ファイバ用母材の中心軸を含む任意の断面において、相異なることを特徴とするプラスチック光ファイバ用母材。
【請求項３】
前記屈折率調節用部材は、棒状であり、前記ホール内に挿入可能な構造であることを特徴とする請求項１または２記載のプラスチック光ファイバ用母材。 
【請求項４】
前記屈折率調節用部材は、断面が円形または多角形であることを特徴とする請求項１または２記載のプラスチック光ファイバ用母材。 
【請求項５】
前記複数の屈折率調節用部材の各々の屈折率は、前記光ファイバ母材の中心から外側へ向かって次第に低くなることを特徴とする請求項１または２記載のプラスチック光ファイバ用母材。 
【請求項６】
前記複数の屈折率調節用部材の各々の屈折率は、前記光ファイバ母材の中心から外側へ向かって次第に増加することを特徴とする請求項１または２記載のプラスチック光ファイバ用母材。 
【請求項７】
前記複数の屈折率調節用部材の各々の屈折率は、前記光ファイバ母材の中心から外側へ向かって次第に減少してから増加し、あるいは、次第に増加してから減少することを特徴とする請求項１または２記載のプラスチック光ファイバ用母材。 
【請求項８】
前記ベース部材は、少なくとも一つの単量体から重合された一定の屈折率を有する高分子体であることを特徴とする請求項１または２記載のプラスチック光ファイバ用母材。 
【請求項９】
前記ベース部材は、円筒状であることを特徴とする請求項１または２記載のプラスチック光ファイバ用母材。 
【請求項１０】
請求項１または２に記載のプラスチック光ファイバ母材から製造されることを特徴とするプラスチック光ファイバ。
【請求項１１】
プラスチック光ファイバ用母材であって、 
複数のホールを備えるベース部材と、 
前記複数のホールの一部または全部に挿入可能に形成され、前記ベース部材を構成する物質の屈折率と異なる屈折率を有する物質からなる、複数の屈折率調節用部材と、を備え、
前記ベース部材に形成された前記複数のホールの数、密度、配列形態、及び、前記各屈折率調節用物質の屈折率を変化させることにより光ファイバ用母材の屈折率分布を調節することを特徴とするプラスチック光ファイバ用母材。
【請求項１２】
プラスチック光ファイバ用母材の製造方法であって、 
複数のホールを備える一定の屈折率を有するクラッド基材を形成する過程と、 
前記クラッド基材の屈折率と異なる屈折率を有し、前記クラッド基材の前記複数のホールに挿入可能であり、光の導波路を構成する、複数の屈折率調節用部材を形成する過程と、
前記複数の屈折率調節用部材を前記クラッド基材の前記複数のホールにそれぞれ挿入する過程と、
前記クラッド基材と前記屈折率調節用部材との間のギャップ(gap)を除去する過程と、
を有し、前記クラッド基材に形成された前記複数のホールの数、密度、配列形態、及び、前記屈折率調節用部材の屈折率の変化により光ファイバ用母材の屈折率分布を調節することを特徴とするプラスチック光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項１３】
前記クラッド基材は、少なくとも一つの単量体から重合された一定の屈折率を有する高分子体であることを特徴とする請求項１２記載のプラスチック光ファイバ用母材の製造方法。 
【請求項１４】
前記屈折率調節用物質は棒(rod)状に形成されることを特徴とする請求項１２記載のプラスチック光ファイバ用母材の製造方法。 
【請求項１５】
前記屈折率調節用部材を前記クラッド基材にそれぞれ挿入する過程は、前記光ファイバ用母材の中心軸を含む任意の断面において相異なる屈折率分布を有するように前記屈折率調節用部材を挿入することを特徴とする請求項１２記載のプラスチック光ファイバ用母材の製造方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光ファイバ用母材及び光ファイバに関し、特に、屈折率分布の調節が容易なプラスチック光ファイバ、プラスチック光ファイバ用母材及びその製造方法に関するものである。 
【背景技術】
【０００２】
通信用光ファイバは光信号の伝達方式によって、単一モード(single-mode)ファイバ及び多重モード(multi-mode)ファイバに区分される。現在、使用されている長距離高速通信用光ファイバの大部分は、石英ガラスを基本の原料とするステップインデックス単一モード(step-index single-mode)光ファイバである。ガラス光ファイバは、その直径が１２５μｍ程度であり、特に、光信号の伝送領域であるコアの直径が通常、８ないし１０μｍに過ぎない。したがって、このようなガラス光ファイバは、整列及び接続(connection)に非常に困難さがあり、それによる費用損失が大きい。
【０００３】
一方、単一モード光ファイバよりコアの直径が大きい多重モードのガラス光ファイバの場合には、ＬＡＮ(Local Area Network)のような短距離通信に使用される。しかしながら、多重モードガラス光ファイバは、製造コストが高く、割れやすいという短所があるため、広く使用することが難しかった。
【０００４】
その代わりに、主にツイストペア(twisted pair)または同軸ケーブル(coaxial cable)などの金属線が、ＬＡＮのような２００ｍ内の短距離通信に使用されている。しかしながら、金属線は、情報伝達速度や伝送帯域幅が最大１５０Mbps程度であるため、近年のＡＴＭ(Asynchronous Transfer Mode)基準の６２５Mbpsに達することができず、また、将来の伝達速度基準を満たすことができない。
【０００５】
上記の理由で、ＬＡＮのような短距離通信に使用可能な高分子素材の光ファイバの開発に多くの努力及び投資が続けて行われている。プラスチック光ファイバは高分子物質の柔軟性により、その直径が、ガラス光ファイバより１００倍以上大きい０.５ないし１.０ｍｍ程度に達するため、整列または接続が容易であり、また、押出成形で製造される高分子素材の接続部品が使用できるため、大幅にコストを低減することが可能となる。
【０００６】
一方では、プラスチック光ファイバは、半径方向の屈折率の変化が階段形であるステップインデックス(Step-Index：ＳＩ)構造と、屈折率が半径方向に徐々に変化するグレーデッドインデックス(Graded-Index：ＧＩ)構造を有することが可能である。ＳＩ構造のプラスチック光ファイバは、モードの分散(modal dispersion)が大きいため、信号の伝送速度を、金属線より速くすることができない。その反面、ＧＩ構造のプラスチック光ファイバは、直径が大きいため製造コストを低減することが可能であり、モード分散が小さいため高い情報伝達速度を有している。そして、これらの理由により、ＧＩ構造のプラスチック光ファイバは、短距離高速通信用の媒体として大変適するものであるといえる。
【０００７】
図１Ａ及び図１Ｂに、従来の一般的なＧＩ構造の光ファイバ及び屈折率変化のグラフを示す。光ファイバ１０は、コア１１とコアを取り囲んでいるクラッド１２とから構成される。図中のａ方向とｂ方向とは、図１Ｂに示すように、すべて同一の屈折率分布を有する。すなわち、光ファイバの中心から同一の距離にある円周方向に対して同一の屈折率を有する。 
【０００８】
従来のＧＩ構造のプラスチック光ファイバの製造方法は、次のような２種類に大別される。
【０００９】
第１の製造方法は、光ファイバ母材（preform）製造用の回転するチューブまたは反応器に、単量体または高分子材料を注入しながら、重合を行い、チューブまたは反応器の壁面から中心方向に一定の屈折率を有するクラッドを形成する。同一の方法で、上記クラッドと異なる屈折率を有するコアの材料を、チューブまたは反応器に投入することにより、外側からコア中心部まで徐々に増加あるいは減少する屈折率分布を有するプラスチック光ファイバを製造することができる。
【００１０】
第２の製造方法は、連続押出工程によるものであり、クラッドとなる一定の屈折率を有する材料と、コアとなる上記クラッドと異なる屈折率を有する材料とを連続的に供給することで、押出時にコアとクラッドとの境界で拡散が生じ、漸進的な屈折率変化を示すプラスチック光ファイバを製造することができる。
【００１１】
しかしながら、上記重合による製造方法は、所望の屈折率分布を任意に調節し、あるいは屈折率の増加または減少が連続的に分布するように製造することが難しい。  
【００１２】
また、連続押出による製造方法では、緩やかな屈折率変化を示すための拡散現象は、押出時の短い時間では生じにくく、クラッドからコアへ向かうほどに屈折率の増加または減少が連続的に生じるよう製造することが難しい。 
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
したがって本発明の目的は、有効屈折率分布の調節が容易なプラスチック光ファイバ、プラスチック光ファイバ用母材、及びその製造方法を提供することにある。 
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するために本発明は、プラスチック光ファイバ用母材であって、少なくとも一つのホールを備えるベース部材(substrate)と、前記ホールに挿入するように形成され、少なくとも前記ベース部材を構成する物質の屈折率と異なる屈折率を有する物質からなる少なくとも一つの屈折率調節用部材とを含んでおり、前記ベース部材に形成されたホールの数、密度、配列形態、及び前記屈折率調節用部材それぞれの屈折率により光ファイバ用母材の屈折率分布を調節することを特徴とする。 
【００１５】
望ましくは、前記屈折率調節用部材は、それぞれ前記ホール内に挿入される構造であることを特徴とする。 
【００１６】
更に、前記光ファイバ用母材の中心軸を含む所定の断面に応じて屈折率分布を異にすることを特徴とする。 
【００１７】
また本発明は、プラスチック光ファイバ用母材の製造方法であって、少なくとも一つのホールを備え、一定の屈折率を有するクラッド基材を形成する過程と、前記クラッド基材の屈折率と異なる屈折率を持ち、前記ホールに挿入可能なそれぞれの屈折率調節用部材を用いて光の導波路を形成する過程と、前記屈折率調節用部材を前記クラッド基材にそれぞれ挿入する過程と、前記クラッド基材と前記屈折率調節用部材との間のギャップ(gap)を除去する過程とを含んでなり、前記クラッド基材に形成されたホールの数、密度、配列形態、及び前記屈折率調節用物質それぞれの屈折率により光ファイバ用母材の屈折率分布を調節することを特徴とする。  
【００１８】
望ましくは、前記クラッド基材は少なくとも一つの単量体から重合された一定の屈折率を有する高分子体であることを特徴とする。 
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、クラッドをなす高分子体に形成されるホールの分布形態、密度、個数、及び、コアをなす屈折率調節高分子体それぞれの屈折率に従って有効屈折率を調節することができる。それにより、光ファイバのコア中心からクラッド方向へ、同一の距離(r)の位置でも相互に異なる屈折率を有するように形成でき、また、多様な形態の有効屈折率(effective index)を持つように形成することができる。 
【００２０】
したがって本発明によれば、光損失及び光非線形性が非常に低い優れた伝送特性を有する光ファイバの制作が容易であり、多様な光学的特性を有する光ファイバが具現できる効果を有する。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明による望ましい実施形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。図面において、同一の構成要素に対してはできるだけ同一の参照番号及び参照符号を付して説明する。また、本発明において関連した公知機能あるいは構成に関する具体的な説明が、本発明の要旨を不明にすると判断される場合には、その詳しい説明は省略する。
【００２２】
図２は、本発明の一実施形態によるプラスチック光ファイバ用母材の構造を示す断面図である。 
【００２３】
本実施形態によるプラスチック光ファイバ用母材１００は、その内部に少なくとも一つの円形または多角形の独立したホール１１１と、一以上の単量体から重合された一定の屈折率を有するベース高分子体（ベース部材）１１０と、このベース高分子体１１０と異なる屈折率を持ち、ホール１１１に詰め込まれる一以上の屈折率調節用高分子体（屈折率調整用部材）１２０とを含んで構成される。 
【００２４】
ホール１１１は、光がガイドされるコア部を形成し、所定の有効屈折率を有するように、ホール１１１の分布形態、密度、個数などを多様に調節することができる。  
【００２５】
屈折率調節用高分子体１２０は、棒状の高分子体であり、クラッドをなすベース高分子体１１０とは異なる屈折率を有し、ベース高分子体１１０に形成されたホール１１１に挿入されて、ホール１１１に詰め込まれる。このとき、複数の棒状の屈折率調節用高分子体１２０の各屈折率を変化させることにより、プラスチック光ファイバ母材１００の屈折率を調節することができる。例えば、屈折率調節用高分子体１２０の屈折率を、光ファイバ母材１００の中心から外側へ向かって次第に低くし、あるいは、光ファイバ母材１００の中心から外側へ向かって次第に増加するようにし、または、光ファイバ母材１００の中心から外側へ向かって次第に減少してから増加し、または増加してから減少するというように、様々に構成することが可能である。 
【００２６】
図３は、図２のａ方向の光ファイバ母材１００の中心軸を含む断面における屈折率変化を示すグラフであり、図４は、図２のd方向の光ファイバ母材１００の中心軸を含む断面における屈折率変化を示すグラフである。これら図面において、Ｘは母材の半径を、ｃは母材の中心を、ｒは母材中心からの距離を、Δｎは屈折率変化を、それぞれ示す。
【００２７】
図に示すように、a方向とd方向が、相異なる屈折率分布を有し、このような屈折率分布は、ベース高分子体１１０に形成されるホール１１１の密度、及びホール１１１に挿入される屈折率調節用高分子体１２０の屈折率によって変化する。
【００２８】
図５は、本発明の他の実施形態によるプラスチック光ファイバ用母材の構造を示す断面図である。
【００２９】
図６は、図５のa方向の光ファイバ母材２００の中心軸を含む断面における屈折率変化を示すグラフで、図７は、図５のd方向の光ファイバ母材２００の中心軸を含む断面における屈折率変化を示すグラフである。  
【００３０】
図５を参照すれば、プラスチック光ファイバ用母材２００は、図２に示した一実施形態と同様に、その内部に少なくとも一つの円形または多角形の独立したホール２１１と、一定の屈折率を有するベース高分子体２１０と、ベース高分子体２１０と異なる屈折率を有し、ホール２１１に詰め込まれる一以上の棒(rod)状の屈折率調節用高分子体２２０とを含んで構成される。
【００３１】
本実施形態は、図６及び図７に示すようにホール２１１の密度がプラスチック光ファイバ用母材２００の中心ｃから離れるにつれて減少し、屈折率調節用高分子体２００の屈折率も異なる。これに対して、図２の実施形態では、プラスチック光ファイバ用母材１００の中心からの距離によるホール１１１の密度は一定であり、屈折率調節用高分子体１２０の屈折率のみを異にする場合である。 
【００３２】
このように、ホールの分布形態、密度、個数、及び、屈折率調節用高分子体の屈折率を変化させることにより、光ファイバ用母材の中心軸を含む任意の断面において屈折率分布が相異なる光ファイバ用母材を構成することが可能となる。   
【００３３】
上記の構成を有する本発明の各実施形態によるプラスチック光ファイバ用母材の製造方法を、以下に述べる。
【００３４】
まず、それぞれのベース高分子部材と屈折率調節用高分子部材とを、重合反応器及び成形過程により形成する。ベース高分子体には、光がガイドされる円形または多角形のホールが形成されており、所定の有効屈折率分布をなすようにホールの密度、分布形態などを調節する。
【００３５】
屈折率調節用高分子部材は、上記ベース高分子部材に形成された円形または多角形のホールに挿入可能な形状に形成されており、屈折率調節用高分子部材の屈折率はベース高分子部材の屈折率とは異なる屈折率を有している。また、それぞれの屈折率調節用高分子部材が相異なる屈折率を有していてもよい。 
【００３６】
使用可能な高分子物質及びこれらの屈折率を、下記の〈表１〉に示す。また、使用可能な屈折率調節物質及びこれらの屈折率を、下記の〈表２〉に示す。なお、〈表１〉、〈表２〉に示す物質は例に挙げるものであって、これに限るものではない。 
【００３７】
2005157381.tif 000003
【００３８】
2005157381.tif 000004
【００３９】
次に、ベース高分子部材に、屈折率調節用高分子部材を挿入し、オーバジャケッティング(Over-Jacketing：ＯＪ)、または、引出作業を通じてベース高分子部材と屈折率調節用高分子部材との間に発生するギャップ(gap)を除去する。
【００４０】
なお、上記各実施形態では、ベース高分子部材の複数のホールの全部に屈折率調節用高分子部材を挿入する場合について説明をしたが、複数のホールの一部に屈折率調節用高分子部材を挿入してもよい。
【００４１】
また、上記実施形態において説明した光ファイバ母材を用いて、光ファイバを製造することにより、光ファイバ母材と同じ比率の屈折率分布構造を有する光ファイバを作り出すことが可能となるため、多様な屈折率分布を有する光ファイバを製造することが可能となる。
【００４２】
本発明の詳細な説明では具体的な実施形態に関して説明したが、本発明の範囲を外れない範囲内で、多様な変形が可能であることはもちろんである。したがって、本発明の範囲は説明した実施形態に限定して定められてはいけないし、特許請求の範囲だけでなく、この特許請求の範囲と均等なものにより定められなければならない。 
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１Ａ】従来のプラスチック光ファイバの断面構造を示す図。
【図１Ｂ】図１Ａの屈折率変化を示すグラフ。
【図２】本発明の一実施形態によるプラスチック光ファイバ用母材の構造を示す断面図。
【図３】図２のａ方向による屈折率変化を示すグラフ。
【図４】図２のd方向による屈折率変化を示すグラフ。
【図５】本発明の他の実施形態によるプラスチック光ファイバ用母材の構造を示す断面図。
【図６】図５のa方向による屈折率変化を示すグラフ。
【図７】図５のd方向による屈折率変化を示すグラフ。
【符号の説明】
【００４４】
１００：光ファイバ用母材
１１０：ベース高分子体
１２０：屈折率調節用高分子体
【図１Ａ】
2005157381.tif 000005
【図１Ｂ】
2005157381.tif 000006
【図２】
2005157381.tif 000007
【図３】
2005157381.tif 000008
【図４】
2005157381.tif 000009
【図５】
2005157381.tif 000010
【図６】
2005157381.tif 000011
【図７】
2005157381.tif 000012